试管中的生命?合成生物学的真正前景

科学家们正接近从零开始制造生命的能力,这可能带来好的和坏的结果

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我已经看到了未来,而未来就在现在。

当我最近听到克雷格·文特尔(Craig Venter)的演讲时,这些话再次浮现在我的脑海中,他是合成基因组学和合成生物学等新领域的领导者之一。每次我听到关于这个主题的演讲,似乎在人工操作,并最终创造生命方面,又跨越了一个新的门槛。

仅考虑一下与 J. 克雷格·文特尔研究所相关的部分进展。2003 年,其研究人员创建了噬菌体 phiX174 的合成版本。2007 年,他们通过基因组移植成功地将一种细菌转化为另一种细菌。最近,他们开发了完全合成组装生殖支原体细菌基因组的方法。


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现在开发的技术使 2001 年人类基因组测序的壮举显得史前时代。不仅测序的成本和速度的进化速度快于计算机芯片,而且在过去五年中,利用化学和生物学合成新的复杂生物体的能力也经历了革命。嵌入合成基因序列中的指令现在可以植入外来细胞中,从而使这些细胞表达蛋白质;这些蛋白质反过来构建生命形式的新功能副本,其使用手册在嵌入的序列中。文特尔称这个循环为“创造自身硬件的软件”。我期望很快听到关于第一个完全人工生命形式成功创造的消息,它是从零开始构建的,并且在科学家组装它之前不是活的。

半导体纳米技术已被吹捧十多年,但我认为它将逊色于生物技术改变生命和社会的能力。想象一下,借助大自然的奇迹并设计可以执行自然界中找不到的任务的生命系统的影响,从制造汽油或吞噬二氧化碳以创造不可生物降解的塑料建筑材料的微生物,到旨在对外科手术和战略性地作用于癌细胞的生物体。我预计在 50 年内,世界经济将不是由计算机生成的信息驱动,而是由生物学生成的软件驱动。

当然,正如蜘蛛侠会说的那样,能力越大,责任越大。黑客现在创建软件病毒,定期禁用庞大的计算机网络。随着按需制造 DNA 序列的能力的提高,车库式 DNA 黑客的幽灵也随之出现,他们可能会有意或无意地通过重新创建埃博拉病毒或 1918 年流感来恐吓世界。这些疾病生物体的基因代码都远小于最近合成的生殖支原体的基因代码。人们还可以想象产生对现有疫苗免疫的病毒,同样可能是无意中产生的。

有些人可能害怕可能攻击地球上所有生命,或至少是人类生命的新生命形式的存在。这种恐惧可能是错位的。生命已经生存了超过三十亿年,因为它具有强大的生命力,几乎没有突变可以轻易胜过通过数百万年的潜在病原体暴露而建立起来的防御机制。文特尔的论点,即新出现的自然疾病比新的人工疾病构成更大的威胁,似乎相对令人信服。

然而,直到最近,对遗传信息的自由复制几乎没有制约。然而,随着合成更复杂的生物系统的能力不断提高,研究界已经建立了一套自愿限制系统,例如,限制履行与潜在致命生物体部分相对应的基因序列的商业订单。目前,与开发恶意合成生物学实验室相关的技术诀窍可能超出了即使是复杂的恐怖分子网络的手段。此外,重要的是不要让对世界末日的错位恐惧过度限制对人类具有巨大潜在利益的科学工作。

我一直认为,除了违反普遍人类道德的研究之外,在技术应用方面,凡是能做的都会被做。我们需要做的是严格尝试预测可能发生的事情,以便我们可以最大限度地减少风险并最大限度地提高收益。如果社会要跟上技术的步伐,我们需要睁大眼睛走向未来,无论多么令人不安。

劳伦斯·M·克劳斯是地球与空间探索学院和物理系的基金会教授,也是亚利桑那州立大学起源项目的创始主任。作为多本畅销书的作者,并为国家出版物、广播和电视撰写评论,他还就科学和公共政策进行广泛的讲座。克劳斯拥有独特的殊荣,曾获得美国三大物理学会的最高奖项。在他的业余时间,他曾与克利夫兰管弦乐团合作演出行星,并担任圣丹斯电影节评委。他曾为大众科学撰写多篇文章和专栏文章,并担任其顾问委员会成员。

更多作者:劳伦斯·M·克劳斯
大众科学杂志第 302 卷第 2 期本文最初以“试管中的生命?合成生物学的真正前景”为标题发表于大众科学杂志第 302 卷第 2 期(
doi:10.1038/scientificamerican022010-a2JWW8PiGEjFe3taed9WC
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